Есть мнение, что проблема создания термоядерного энергетического реактора – это проблема материалов. Данное мнение часто высказывается специалистами последние тридцать-сорок лет. Так что, доверять ему можно, понимая, однако, правильно. В случае термоядерной энергетики проблема заключается в том, что в нашей вселенной материалы с нужными свойствами существовать не могут. Энергия частиц, рождающихся в реакциях синтеза, так высока, что поглотить её без разрушения не способно никакое молекулярное вещество. Только поля.
В случае энергетики ядерной всё не так, но всё равно очень жёстко. Все детали реактора, а в особенности ТВЭЛы, в которых распадается уран, подвержены колоссальным тепловым, радиационным и химическим нагрузкам. И механическим тоже. Внутри трубок, набитых «таблетками» горючего, выделяются газы, а объём твёрдого вещества растёт по мере того, как тяжёлые элементы переходят в лёгкие – с меньшей плотностью.
В принципе, способы решения проблем найдены уже десятилетия назад. Но, во-первых, хочется большего. Время пребывания сборки в активной зоне регламентируется её живучестью, изготовление же новых стоит немногим меньше, чем переработка уже использованных. Экономически целесообразно также повышение рабочей температуры. Сплавы циркония, выдерживающие 400 градусов, к настоящему моменту морально устарели. Хотелось бы 1200.
...Во-вторых же, в России наступает эра плутониевой энергетики, а плутоний намного злее, чем уран. Собственно, по этой причине с ним до сих пор никто и не связывался.
Нужными свойствами для изготовления оболочек ТВЭЛ обладает карбид кремния. Но не как таковой. А в форме композита.
Обычно считается, что «композит» – это искусственный многокомпонентный материал. Простейшим примером может служить известная с римского времени фанера. Однако другим историческим примером композита является булат. Причём, как искусственный – дамаск, – так и литой. Чередование слоёв или зёрен из стали с разным содержанием углерода и по-разному реагирующих на закалку позволяло получить материал, обладающий свойством не присущим ни одной из компонент по отдельности, – упругостью.
...В общем случае современный композит состоит из матрицы, полученной путём литья, и армирующих волокон. Иногда металлический сплав укрепляется волокном из монокристаллов кремния. Иногда – наоборот. В керамике запекается металлическое волокно. В данном же случае в матрицу из застывающего SiC вплавляеся армирующий каркас сплетённый из того же SiC-волокна… Так достигается одинаковый для всех компонент коэффициент теплового расширения.